Universidad CentroamericanaFacultad de Ciencia, Tecnología y Ambiente

Departamento de Ciencias BásicasCoordinación de Ciencias Naturales

Quimiometría e Instrumentación

“Conductividad de los electrolitos en soluciones acuosas, Celda de Daniel y

Galvanización”

Docente:

MSc. Carlos Vallejos

Elaborado y Presentado por:

Lilliam de los Ángeles Ruiz López

Sara Bárbara Saori Valladares Cerrato

Carrera:

Ingeniería en Calidad Ambiental-ICA

Grupo:

0215

Managua, 14 de octubre de 2015

1. OBJETIVOS

General:

Analizar la conductividad de los electrolitos en soluciones acuosas, la celda de

Daniel y la galvanización.

Específicos:

Comprobar la conductancia de electricidad por electrolitos fuertes.

Demostrar experimentalmente la celda de Daniel.

Recubrir la superficie de un metal a través de la galvanización.

2. INTRODUCCION:

La presente practica de laboratorio titulada “Conductividad de los electrolitos en

soluciones acuosas, Celda de Daniel y Galvanización.” Se llevó a cabo con el

principal objetivo de comprobar la conductancia de electricidad por electrolitos

fuertes, así como demostrar de forma experimental la llamada Celda de Daniel y

comprender con mayor detalle como esta funciona.

Los electrolitos son las sustancias que producen iones en presencia de agua.

Cuando estos se mueven en la disolución se conduce corriente eléctrica. Para

Ingeniería en calidad ambiental dominar las técnicas por las que se llevan a cabo

estos procesos que permiten generar corriente por medio de una reacción

química, es de vital importancia para el desarrollo de nuevas tecnologías o la

mejora de los conocimientos ya existentes con la intensión de mejorar la calidad

de vida y respetar al medio ambiente.

3. MARCO TEÓRICO:

3.1. Conductividad eléctrica:

Según Gilbert W. (1987). Durante el siglo XIX el célebre científico inglés Michael

Faraday descubrió que las disoluciones acuosas de ciertos solutos tenían la

propiedad de conducir la electricidad, mientras que otras con solutos de diferente

naturaleza química no lo hacían.

La conductividad eléctrica la podemos definir como la capacidad de un cuerpo, de

permitir el paso de la corriente eléctrica a través de si. La conductividad eléctrica

puede presentarse en los diferentes estados de la materia, como el estado líquido,

sólido y gaseoso. (Gilbert W.1987)

La Conductividad en este tipo de disolución está relacionada con la presencia de

solutos iónicos en el disolvente, cuya disociación genera iones positivos y

negativos capaces de transportar la corriente eléctrica a través de la solución.

3.2. Celda de Daniel:

Conforme afirma la ACS (American Chemical Society):

En la celda de Daniel, los electrodos de cobre y de zinc están inmersos en una

disolución de sulfato de cobre (II) y de sulfato de zinc, respectivamente.

En el ánodo, el zinc se oxida por medio de la reacción siguiente:

Zn(s) → Zn2 + (aq) + 2e-

En el cátodo, los iones cobre (II) se reducen por la siguiente reacción:

Cu2 + (aq) + 2e- → Cu(s)

En la celda Daniel, que, debido a su simplicidad, se utiliza a menudo en las

demostraciones de clase, un cable y una bombilla se pueden conectar a los dos

electrodos. Los electrones que pierde el zinc se mueven a través del cable,

generalmente de platino, hacia el electrodo de cobre, proporcionando una

corriente eléctrica que ilumina la bombilla.

En una celda de este tipo, los iones sulfato desempeñan un importante papel.

Teniendo carga negativa, estos aniones se acumulan alrededor del ánodo para

mantener una carga neutra. Por el contrario, en el cátodo, los cationes cobre (II)

se acumulan para mantener también la carga neutra. Estos dos procesos causan

que el cobre sólido se acumule en el cátodo y que el electrodo de zinc se disuelva

en la disolución. El potencial aproximado de la pila es de 1,10 voltios.

La pila se representa por el sistema de notación de celdas, de la siguiente manera:

Dado que ninguna semirreacción ocurre de forma independiente de la otra, las dos

semiceldas deben estar conectadas de una forma que permita a los iones

moverse libremente entre ellas. Una barrera porosa o un disco de cerámica se

pueden utilizar para separar las dos disoluciones al tiempo que se permite el flujo

de iones. (Richard E. 1992)

Cuando las semiceldas se colocan en dos contenedores totalmente diferentes y

separados, un puente salino se utiliza a menudo para conectar las dos

semicélulas. En la anterior celda húmeda, los iones sulfato se mueven desde el

cátodo al ánodo a través del puente salino y los cationes Zn2+ se mueven en la

dirección opuesta para mantener la neutralidad, o bien iones cloruro, Cl-, y

potasio, K+, salen desde el gel que hay dentro del puente salino hacia los dos

recipientes para conseguir igualmente la neutralidad de ambos recipientes.

(Richard E. 1992)

3.3. Galvanización:

Es el proceso en el cual se recubre la superficie de un metal con una capa de otro

metal mediante una electrolisis. Este proceso se utiliza generalmente para

proteger metales contra la herrumbre o para mejorar su apariencia. (Wayne M.

1999)

Se puede recubrir un metal con otro metal siempre sea un metal de carga mayor

hacia uno de carga menor". El objeto a recubrir forma el cátodo, y el ánodo es una

pieza pura del metal utilizado para el recubrimiento. El electrolito contiene un

compuesto de este mismo material. (Wayne M. 1999)

4. METODOLOGIA:

4.1. Materiales y reactivos:

Materiales y reactivos

Agua destilada

Sal común

Solución acuosa de una sal

Agua potable

Solución acuosa de un ácido

(H2SO4) 10%

Solución acuosa de una base

(NaOH) 10%

Solución 1 M de ZnSO4 y

CuSO4

Dos Electrodos de Zn y Cu

Cubetas

Solución 1 M de KCl

Algodón

Tubo de vidrio en forma de U

Amperímetro

Voltímetro

Clavo de hierro.

Se prepararon las soluciones necesarias para la realización de este experimento:

Una Solución de 1 M de ZnSO4 (sulfato de cinc) y una solución de CuSO4 (sulfato

de cobre), con sus respectivos cálculos, soluciones que se utilizaron en la Celda

de Daniel

4.2. Parte A: Conductividad de los electrólitos en soluciones acuosas:

1. Se encontró la conductividad de los electrolitos en soluciones acuosas,

donde se utilizaron dos electrodos de cobre que fueron sumergidos en el

beaker que contenía agua destilada en combinación con diferentes

reactivos.

2. Se seleccionaron rangos de medida de 3V y 3mA en la fuente de

alimentación, se midió la intensidad con el voltímetro y se anotaron los

datos.

3. Nuevamente se colocaron los electrodos en la cubeta, pero con sal común

y se midió la intensidad con el Voltímetro.

4.3. Parte B: Celda de Daniel:

1. Con las soluciones de ZnSO4 (sulfato de cinc) y de CuSO4 (sulfato de

cobre) se llenaron dos beakeres hasta la mitad.

2. Se colocó un puente salino que unía las dos soluciones y un electrodo de

Cu en la solución de CuSO4 y un electrodo de Zn en la solución de ZnSO4

3. Se midió el voltaje y se anotaron las observaciones.

4.4. Parte C: Galvanización:

1. Se limpió con una lija los electrodos de cobre, para obtener una mejor

respuesta, posteriormente se limpió un clavo de hierro con alcohol

2. Se llenó la cubeta con agua destilada y se agregó sulfato de cobre, se

sumergió el clavo de hierro y el electrodo de cobre en la solución de CuSO4

(que contiene H2SO4)

3. Se seleccionó el rango de medida a 300mA, y se puso la fuente de

alimentación a 0 V, se observaron los procesos en los electrodos y se

anotaron las observaciones.

5. RESULTADOS Y DISCUSIONES:

5.1. Parte A: Conductividad de los Electrolitos en Soluciones AcuosasEn esta sección se utilizaron dos electrodos de cobre para analizar las siguientes

soluciones:

Solución I: Agua

3.0 V 4.0 V 5.0 V2533 µA 3345 µA Sobrepasa2536 µA 3349 µA y no da datos2536 µA 3344 µA a este voltaje.2535 µA 3346 µA

Solución II: Agua Potable

3.0 V 4.0 V 5.0 V2523 µA 3314 µA Sobrepasa2521 µA 3313 µA y no da datos2519 µA 3304 µA a este voltaje.2521 µA 3310 µA

Solución III: Agua + Sal

3.0 V 4.0 V 5.0 V0.3 A 0.41A Sobrepasa0.2 A 0.48 A y no da datos0.2 A 0.49 A a este voltaje.0.2 A 0.46 A

Solución IV: H2SO4

3.0 V 4.0 V 5.0 V3133 µA 2330 µA 3910 µA3134 µA 2301 µA 2251 µA3135 µA 2142 µA 2321 µA3135 µA 2257 µA 2250 µA

Solución V: NaOH

3.0 V 4.0 V 5.0 V0.90 A 1.94 A 2.37 A0.89 A 1.99 A 2.45 A0.80 A 1.99 A 3.55 A0.86 A 1.97 A 2.79 A

En la cada una de estas tablas se muestran los promedios de cada solución a 3V,

4V y 5V. Si se observa detenidamente, se puede notar que el agua destilada no

tiene tanta conductividad en como la sal, el ácido y la base fuerte que se midió. Si

bien se puede recordar que se llama electrolito a la sustancia que en disolución

acuosa produce iones. Como los iones son partículas cargadas, cuando se

mueven en la disolución conducen la corriente eléctrica. Una corriente eléctrica

implica siempre un movimiento de carga.

5.2. Parte B: Celda de Daniel

La celda de Daniel permite medir el potencial de una celda donde el Cu2+ de la

disolución, tomó dos electrones para depositarse como Cu sobre la lámina de

cobre, lo que produjo que la concentración de ésta disminuyera formando el color

azul que depende del complejo que forma el Cu2+, se hiciera menos intenso,

mientras que el zinc de la lámina paso a Zn2+ , lo que produjo que la lámina de zinc

se gastara. El puente salino evitó de la siguiente forma que la pila se polarizara;

expulsando cationes potasio por el recipiente donde se encuentra la disolución de

sulfato de zinc y desprendiendo aniones cloro por el lado donde se encuentra la

disolución de sulfato de zinc.

La reacción fue de la siguiente:

Cu+Zn2+¿→Cu2+¿+Zn ¿ ¿

Seguidamente se midió el potencial tanto para el ánodo como para el cátodo:

E0Cu= 0,42 V

E0Zn=-0.67V

Luego se calculó el potencial de la celda mediante la ecuación:

ECELDA=ECÁTODO−EÁNODO

ECELDA=0.42−(−0.67 )=1.09

El potencia de la celda de Daniel fue de 1.09 V, lo que muestra que la reacción fue

espontánea ya que el potencial es mayor que 1 V.

5.3. Parte C: Galvanización

Por medio de la galvanización se notó que hubo una reacción que se llevó a cabo

y produjo una corriente eléctrica de 0.7 V con este dato se puede denotar que es

una reacción espontánea lo cual es una característica de este proceso, en el

mismo se dio el recubrimiento de un metal, en este caso el cobre recubrió el

hierro.

6. CONCLUCIONES:

Al finalizar este informe se concluye que:

La conductancia de electricidad encontrada en el agua permite menos conducción

de energía a diferencia de la sal más agua, conduciendo esta gran cantidad fe

flujo eléctrico.

La celda de Daniel permite ver como se da la transferencia de electrones, ésta

formada de un electrodo de zinc sumergido en una solución de sulfato de zinc y

uno de cobre sumergido en una solución de sulfato de cobre.

La galvanización del clavo con cobre, es un método muy utilizado por las

empresas industriales para reforzar los materiales metálicos contra la corrosión y

hacerlos que duren más, puesto que hay sitios donde el azufre compuesto es muy

activo y este deteriora rápido ciertos materiales.

7. ANEXOS:

8. LISTA DE REFERENCIAS:

Principios de química. Richard E. Dickerson. Editorial Reverté, 1992. Pág. 677

Química. American Chemical Society. Editorial Reverté, 2005 Pág. 741

Diccionario Técnico Ilustrado, Tomo II, Electrotecnia, Bailly-Baillère é hijos, Madrid,

1908, pág. 12.

Físicoquímica. Gilbert W. Castellan. Pearson Educación, 1987. IPág. 397

Saslow, Wayne M. (1999), «Voltaic cells for physicists: Two surface pumps and an

internal resistance», American Journal of Physics 67: 574

Figura 1 esquema de la pila de Daniel

Recuperado de Diccionario Técnico Ilustrado, Tomo II,

Electrotecnia, Bailly-Baillère é hijos